Ｘ線撮像装置
【課題】遮蔽格子を湾曲させることなく信号強度の向上を図ることが可能となるＸ線撮像装置を提供すること。
【解決手段】被検体を撮像するＸ線撮像装置は、Ｘ線源からのＸ線を回折することにより干渉パターンを形成する回折格子と、干渉パターンを形成するＸ線の一部を遮る遮蔽格子と、遮蔽格子からのＸ線の強度分布を検出するＸ線検出器を備える。
Ｘ線源から遮蔽格子へ引いた垂線と遮蔽格子との交点を遮蔽格子の中心とする。
また、遮蔽格子の中心との距離が所定の距離よりも小さい領域を遮蔽格子の中心部、遮蔽格子の中心との距離が所定の距離以上の領域を遮蔽格子の周辺部とする。このとき、遮蔽格子の中心部よりも遮蔽格子の周辺部の方が、Ｘ線が垂直に入射したときのＸ線透過率が高い。
【解決手段】被検体を撮像するＸ線撮像装置は、Ｘ線源からのＸ線を回折することにより干渉パターンを形成する回折格子と、干渉パターンを形成するＸ線の一部を遮る遮蔽格子と、遮蔽格子からのＸ線の強度分布を検出するＸ線検出器を備える。
Ｘ線源から遮蔽格子へ引いた垂線と遮蔽格子との交点を遮蔽格子の中心とする。
また、遮蔽格子の中心との距離が所定の距離よりも小さい領域を遮蔽格子の中心部、遮蔽格子の中心との距離が所定の距離以上の領域を遮蔽格子の周辺部とする。このとき、遮蔽格子の中心部よりも遮蔽格子の周辺部の方が、Ｘ線が垂直に入射したときのＸ線透過率が高い。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、Ｘ線撮像装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
Ｘ線の位相差を用いたＸ線位相イメージング法の一つとしてタルボ干渉法がある。
タルボ干渉法とは、透過型の回折格子を用いて、ある干渉条件で発現する干渉パターンから被検体の位相像を回復する方法である。
タルボ干渉法を用いて被検体を撮像するためには、空間的に可干渉なＸ線を出射するＸ線源、Ｘ線を回折する回折格子、回折格子がＸ線を回折することにより形成する干渉パターン（自己像）を検出するＸ線検出器が少なくとも必要である。Ｘ線源と位相格子の間に被検体を配置すると、被検体に照射されたＸ線は被検体を透過することにより位相がシフトする。
被検体を透過したＸ線が回折格子により回折されることで形成される自己像は被検体の位相情報を有するため、この自己像を検出し、解析すれば、被検体の位相像を得ることができる。
しかし、Ｘ線の干渉により形成される自己像は周期が小さいため、一般的な撮像装置に使用されるＸ線検出器では自己像を検出するのに空間分解能が不十分である場合が多い。
そのため、回折格子により回折されたＸ線が自己像を形成する位置（タルボ位置）に、Ｘ線透過部とＸ線遮蔽部が配列された回折格子である遮蔽格子（吸収格子）を配置してモアレを形成し、このモアレを検出する方法が行なわれている。被検体によるＸ線の位相シフトの情報はモアレの変形として検出することができるため、このモアレをＸ線検出器で検出すれば、被検体を撮像することができる。
【０００３】
一般的な実験室などの室内で撮像を行う場合、Ｘ線源としてＸ線管を用い、更にＸ線源から検出器は数ｍ以内である場合が多い。そのため、Ｘ線は点源からの発散Ｘ線である。この場合、遮蔽格子の周辺部分で、Ｘ線遮蔽部と遮蔽格子に入射するＸ線の平行性が大きくずれることになる。
そのため、遮蔽格子の周辺部では、遮蔽格子のＸ線遮蔽部に入射するＸ線の割合が高くなり、Ｘ線検出器の周辺部では強度分布のコントラストが低下する。
このような問題に対処するために、特許文献１には遮蔽格子を湾曲させたり、遮蔽格子の遮蔽部をＸ線源方向に傾けたりする方法が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００７−２０６０７５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１に記載の、湾曲した遮蔽格子と、Ｘ線遮蔽部がＸ線源の方向に傾いた遮蔽格子は、作製が困難である。
【０００６】
そこで本発明は、遮蔽格子を湾曲させたり、Ｘ線遮蔽部をＸ線源の方向に傾けたりすることなく、遮蔽格子の周辺部におけるＸ線の透過率を向上させることが可能なＸ線撮像装置の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
その目的を達成するために、本発明の一側面としての被検体を撮像するＸ線撮像装置は、
Ｘ線源からのＸ線を回折することにより干渉パターンを形成する回折格子と、前記干渉パターンを形成するＸ線の一部を遮る遮蔽格子と、前記遮蔽格子からのＸ線の強度分布を検出するＸ線検出器とを備え、
前記Ｘ線源から前記遮蔽格子へ引いた垂線と前記遮蔽格子との交点を前記遮蔽格子の中心とし、
前記遮蔽格子の中心との距離が所定の距離よりも小さい領域を前記遮蔽格子の中心部とし、
前記遮蔽格子の中心との距離が所定の距離以上の領域を前記遮蔽格子の周辺部とするとき、前記遮蔽格子の中心部よりも前記遮蔽格子の周辺部の方が、Ｘ線が垂直に入射したときのＸ線透過率が高いことを特徴とする。
本発明のその他の側面については、以下で説明する実施の形態で明らかにする。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、遮蔽格子を湾曲させたり、Ｘ線遮蔽部をＸ線源の方向に傾けたりすることなく、遮蔽格子の周辺部におけるＸ線の透過率を向上させることが可能なＸ線撮像装置を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の実施形態に係るＸ線撮像装置の概略図。
【図２】本発明の実施形態に係るＸ線遮蔽部の厚みを変化させた遮蔽格子の概略図。
【図３】本発明の実施形態に係るＸ線遮蔽部の幅を変化させた遮蔽格子の概略図。
【図４】参考例の結果を示す図。
【図５】従来のＸ線撮像装置における、遮蔽格子へのＸ線入射角度と透過率の関係を説明する図。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
本発明の実施形態について説明する。
図１〜図３を用いて、本実施形態のＸ線撮像装置の構成例について説明する。
図１に示したＸ線撮像装置は、Ｘ線源１、被検体２、回折格子として位相格子３、遮蔽格子４、遮蔽格子を透過したＸ線の強度分布を検出するＸ線検出器５を備えている。
位相格子３、遮蔽格子４、Ｘ線検出器５夫々は夫々のＸ線照射範囲の中心に対してＸ線１０が垂直に入射するように配置されている。また、位相格子３、遮蔽格子４、Ｘ線検出器５はお互いに平行に配置されている。
本実施形態のＸ線撮像装置は、回折格子として位相を変調する位相格子を用いているが、タルボ干渉を発生させるものであればよく、振幅を変調する遮蔽格子を用いることもできる。
但し、Ｘ線利用効率の観点から見れば、回折格子として位相格子を用いることが好ましい。
位相格子３により、位相格子からタルボ距離分Ｘ線下流側に離れた位置に干渉パターン（自己像）が形成される。自己像の周期はＸ線が発散することにより生じるＸ線照射系の拡大率と位相格子の形状に依存するが、概ね１〜１５μｍの周期を有する。
【００１１】
自己像のパターンは位相格子の形状に対応して１次元、もしくは２次元の明暗のパターンとなる。ここでは、自己像が１次元のパターンである場合について説明するが、本実施形態は自己像が２次元のパターンの場合に応用することもできる。
Ｘ線検出器５としてＸ線検出エリアセンサーを用いた場合には、一般的に画素サイズが数十μｍ以上であるため、直接この自己像を撮像することは難しい。
そのため、遮蔽格子により自己像の一部、例えば明部のみを遮蔽し暗部のみを検出素子に導くことにより撮像を可能としている。
遮蔽格子４はＸ線透過部とＸ線遮蔽部が配列した構造を有する。Ｘ線遮蔽部はＸ線の透過率が低い材料からなり、中心軸に平行な方向における遮蔽部の長さを遮蔽部の厚み、中心軸と直交する方向における遮蔽部の長さを遮蔽部の幅と呼ぶ。なお、ここでは、遮蔽格子４の格子面（Ｘ線源側の表面）からＸ線源１に引いた垂線を中心軸２０、中心軸２０と遮蔽格子の格子面との交点を遮蔽格子の中心４１と定義する。
被検体の位相情報を取得する位相回復方法の例として、縞走査法とフーリエ変換法が挙げられる。
縞走査法は、自己像と遮蔽格子４の相対位置をずらしながらＸ線を複数回検出して被検体の位相情報を計算する。また、フーリエ変換法は、自己像と遮蔽格子でモアレを形成し、１回以上Ｘ線を検出して、そのパターンから被検体の位相情報を計算する。
本実施形態は位相回復方法を問わず、縞走査法もフーリエ変換法も、またその他の方法も用いることができる。
【００１２】
ここで、本実施形態との比較のために、従来のＸ線撮像装置について図５を用いて説明をする。
図５に示されているように、中心軸２００と遮蔽格子１０４の交点である遮蔽格子の中心１１４では、Ｘ線２１０の入射方向が遮蔽格子１０４のＸ線透過部２３０と平行になっている。
そのため、検出器の中心では良好なコントラストを有する画像が得られる。尚、検出器の中心とは、Ｘ線源から検出器のＸ線受光面へ引いた垂線とＸ線受光面の交点のことを指す。
また、遮蔽格子の中心１１４を透過したＸ線は検出器の中心へ入射する。
しかし、遮蔽格子１０４の周辺部ではＸ線２１０の入射方向と遮蔽格子１０４のＸ線透過部２３０が平行ではなく、透過させたいＸ線を遮蔽してしまう。
ここで、Ｘ線遮蔽部２２０のピッチをＤ、Ｘ線遮蔽部２２０の幅をｗ、Ｘ線遮蔽部２２０の厚みをｈ、Ｘ線源１００からＸ線検出器までの距離をＬとし、遮蔽格子の格子面上における遮蔽格子の中心からの距離をｘとする。すると、
ｘ＝Ｌ（Ｄ−ｗ）／ｈ
で表される距離ｘよりも遮蔽格子の中心からの距離が長い領域では、例え格子面ではＸ線透過部に入射したＸ線であっても、遮蔽格子を透過するまでに一度はＸ線遮蔽部２２０に入射する。
その場合、遮蔽格子を透過したＸ線強度が遮蔽格子の中心１１４を透過したＸ線強度よりも低下し、Ｘ線検出器に入射するＸ線の強度も低下する。
すると、検出器による信号強度も低下し、その結果、Ｓ（シグナル）／Ｎ（ノイズ）が低下して、位相情報を取得することが困難になる可能性がある。
つまり、遮蔽格子を透過するＸ線の強度は、遮蔽格子の中心からの距離が長くなるに従い徐々に低下し、それに伴ってＸ線検出器による検出結果の信号強度も検出器の中心部からの距離が長くなるに従って低下する。
【００１３】
本実施形態のＸ線撮像装置が備える遮蔽格子４は、遮蔽格子４の周辺部でのＸ線透過量を、遮蔽格子の中心４１でのＸ線透過量に近づかせる。
そのために、Ｘ線が遮蔽格子に対して垂直に入射したときのＸ線透過率が、遮蔽格子の中心部よりも遮蔽格子の周辺部の方が高い構造を有する。
但し、遮蔽格子の中心部のＸ線透過率とは、中心部全体としてのＸ線透過率のことであり、Ｘ線透過率の平均値である。
例えば、遮蔽格子の中心部がＸ線透過率１００％のＸ線透過部と、Ｘ線透過率０％のＸ線遮蔽部を同じ面積有する場合、その遮蔽格子の中心部のＸ線透過率は５０％である。また、遮蔽格子の周辺部のＸ線透過率も同様である。
尚、遮蔽格子の中心部とは、遮蔽格子の中心４１との距離が所定の距離よりも小さい領域であり、遮蔽格子の周辺部とは遮蔽格子の中心４１との距離が所定の距離以上離れた領域のことを指す。所定の距離は任意の距離で良い。
【００１４】
上述したように、従来のように遮蔽格子の中心部と遮蔽格子の周辺部で遮蔽部の厚さと遮蔽部の幅が等しい場合、遮蔽格子の中心との距離が上記式で表されるｘ以上の領域では、その領域に入射したＸ線が少なくとも１回はＸ線遮蔽部に入射する。そのため、所定の距離はｘ以下とすることが好ましい。
また、図５を用いて説明した従来例では、遮蔽格子の中心との距離がｘ／２の領域でも遮蔽格子の中心と比較して透過したＸ線の線量が低下していた。そのため、上述の所定の距離をｘ／２以下とすることがより好ましい。
遮蔽格子４のＸ線の透過率を遮蔽格子の周辺部で向上させる構造として、本実施形態では、Ｘ線遮蔽部の厚みを遮蔽格子の周辺部で薄くした構造と、Ｘ線遮蔽部の幅を狭くした構造の、大きく分けて２つの構造を採ることができる。
尚、本実施形態のように遮蔽部の厚みと幅の少なくともどちらか一方が遮蔽格子内で変化する場合、遮蔽格子の中心に最も近い遮蔽部の幅をｗ、遮蔽格子の中心に最も近い遮蔽部の厚みをｈ、とする。
尚、遮蔽格子の中心に最も近い遮蔽部とは、遮蔽格子の中心にＸ線遮蔽部があればその遮蔽部であり、遮蔽格子の中心にＸ線透過部があれば、遮蔽格子の中心との距離が最も小さい遮蔽部である。
【００１５】
以下に、まず、Ｘ線遮蔽部の厚みを遮蔽格子の周辺部で薄くした構造について、図２を用いて説明する。
図２に示した遮蔽格子は遮蔽格子の中心との距離が長くなるにしたがってＸ線遮蔽部の厚みが連続的に薄くなっている。そのため、遮蔽格子の中心部と遮蔽格子の周辺部の境界をどこにとっても、遮蔽格子の中心部に配置されている遮蔽部の厚みの平均値よりも遮蔽格子の周辺部に配置されている遮蔽部の厚みの平均値の方が小さい。
図２に示した遮蔽格子４（４ａ，４ｂ，４ｃ）はＸ線遮蔽部３２（３２ａ，３２ｂ，３２ｃ）とＸ線透過部３３（３３ａ，３３ｂ，３３ｃ）が配列している。
Ｘ線遮蔽部３２は、重元素から構成されていることが好ましい。例えば、金や鉛、ビスマス、もしくはそれらの元素が含まれる合金が利用可能である。
一方、Ｘ線透過部３３は、軽元素で構成されていることが好ましい。
例えばＳｉ、Ａｌ、Ｃ、Ｍｇやこれらの元素が含まれる材料が利用可能である。また、図２中の上がＸ線源側、下がＸ線検出器側である。また、各々の図面の中央に遮蔽格子の中心軸２０（２０ａ，２０ｂ，２０ｃ）とその中心軸との交点４１（４１ａ、４１ｂ、４１ｃ）を示した。
図２（ａ）に示した遮蔽格子４ａは、遮蔽格子の中心４１ａからの距離が長くなるほどＸ線遮蔽部の厚みが図２（ａ）中の上下ともに薄くなっている例である。図２（ｂ）に示した遮蔽格子４ｂは、遮蔽格子の中心４１ｂからの距離が長くなるほどＸ線遮蔽部の厚みが図２（ｂ）中の上部で薄くなっている例である。
図２（ｃ）に示した遮蔽格子４ｃは、遮蔽格子の中心４１ｃからの距離が長くなるほどＸ線遮蔽部の厚みが図２（ｃ）中の下部で薄くなっている例である。
遮蔽格子４ｃはＸ線遮蔽部の下部にＸ線透過部材３４があり、このＸ線透過部材３４の厚みは遮蔽格子の中心４１ｃからの距離が長くなるほど厚くなっている。
【００１６】
自己像が形成される位置に遮蔽格子を配置して撮像を行うタルボ干渉法では、遮蔽格子の遮蔽部の厚みは厚くてＸ線を有効に遮ることが出来る方が一般的には良い。しかし、図２に示した遮蔽格子は、上記のように遮蔽部の厚みを遮蔽格子の中心部からの距離が長くなるほど薄くすることで遮蔽格子の周辺部のＸ線透過量を遮蔽格子の中心のＸ線透過量に近づける。
上記の遮蔽格子の作製方法としては、例えば、図２（ｂ）であれば、Ｓｉ基板を用いて半導体プロセスで鋳型を形成した後、中心に近いほどＡｕが厚く付着するようにめっきで充填すれば良い。
また、図２（ｃ）であれば、Ｓｉ基板を用いて半導体プロセスで鋳型を形成した後、周辺部ほどＮｉが厚く付着するようにＮｉをめっきで充填してから、Ｎｉの上にＡｕをめっきで充填すれば良い。ＮｉはＡｕと比較して軽元素であるので、Ｘ線の透過率が高い。
尚、図２に記載の遮蔽格子は遮蔽格子の中心から周辺部に向けて連続的に遮蔽部の厚みが薄くなっているが、例えば階段状のように非連続的に薄くしても良い。
【００１７】
つぎに、Ｘ線遮蔽部の幅を狭くした構成について、図３を用いて説明する。
図３において図面左側に遮蔽格子の中心軸２０ｄと遮蔽格子の中心４１ｄが示してあり、図面右に行くほど遮蔽格子の中心４１ｄとの距離が長い周辺部を表す。図３に示した遮蔽格子は遮蔽格子の中心との距離が長くなるにしたがってＸ線遮蔽部の幅が連続的に小さくなっている。
そのため、遮蔽格子の中心部と遮蔽格子の周辺部の境界をどこにとっても、遮蔽格子の中心部に配置されている遮蔽部の幅の平均値よりも遮蔽格子の周辺部に配置されている遮蔽部の幅の平均値の方が小さい。
図３において、遮蔽格子の中心に近い部分（遮蔽格子の中心部）４００に入射するＸ線４７の入射方向は遮蔽格子の面と垂直、すなわちＸ線遮蔽部４４の厚み方向と平行となっている。しかし、遮蔽格子の周辺部４０１に入射するＸ線４８の入射方向はＸ線遮蔽部４２の厚み方向に対して斜めである。
更に、遮蔽格子の周辺部４０１よりも遮蔽格子の中心からの距離が長い遮蔽格子の端部４０２に入射するＸ線４９の入射方向はＸ線遮蔽部４３の厚み方向に対して更に斜めである。つまり、遮蔽格子の周辺部４０１におけるＸ線４８の入射方向とＸ線遮蔽部４２の厚み方向のなす角度よりも、遮蔽格子の端部４０２におけるＸ線４９の入射方向とＸ線遮蔽部４３の厚み方向のなす角度の方が大きい。
【００１８】
遮蔽格子の中心部４００と、遮蔽格子の周辺部４０１、遮蔽格子の端部４０２はＸ線遮蔽部の厚みとピッチＤは同じであるが、Ｘ線遮蔽部の幅は遮蔽格子の中心からの距離が長くなるほど小さくなっている。
例えば、遮蔽格子の中心部４００のＸ線遮蔽部４４の幅ｗ１はピッチの半分のＤ／２であるが、遮蔽格子の周辺部４０１のＸ線遮蔽部４２の幅ｗ２はＤ／３であり、遮蔽格子の端部４０２のＸ線遮蔽部４３の幅ｗ３はＤ／４となる。
遮蔽格子の中心４１ｄからの距離が長くなるほどＸ線遮蔽部の幅を狭くすることにより、遮蔽格子に入射したＸ線の一部がＸ線遮蔽部に入射しないで遮蔽格子を透過する。
これにより、遮蔽格子の周辺部４０１と端部４０２を透過したＸ線の強度が遮蔽格子の中心部４００を透過したＸ線の強度に近づき、検出器の周辺部における信号の振幅も比較例よりも大きく計測されることになる。
尚、ここでは説明のために周辺部と端部という言葉を用いたが、遮蔽格子の周辺部は上述のように、遮蔽格子の中心からの距離が所定の距離よりも長い範囲であり、周辺部４０１も端部４０２も遮蔽格子の周辺部の一部である。
【００１９】
図３に示した遮蔽格子の作製には、例えばＳｉ基板を用い、遮蔽格子の中心からの距離が長くなるにつれてＸ線遮蔽部の幅を狭くした鋳型を形成し、Ａｕをめっきにて充填すれば良い。
また、図２に示した遮蔽格子同様、Ｘ線遮蔽部の幅は遮蔽格子の中心からの距離が長くなるにつれて連続的に狭くしても良いし、非連続的に狭くしても良い。
以上のような本実施形態の構成によれば、Ｘ線が点光源から発散していることによる遮蔽格子の周辺部におけるＸ線透過量の低下を抑制することができるため、Ｘ線検出器の周辺部における信号強度低下を抑制することが可能になる。
また、遮蔽格子の周辺部の透過率を向上させるための２種類の手法を説明したが、基本的にはＸ線遮蔽部の厚みを薄くする方法でもＸ線遮蔽部の幅を狭くする方法でも同様の効果が得られる。
また、同時に２種類の方法を組み合わせることも可能である。また、遮蔽格子は平板状でなく、例えば湾曲していても良い。
本実施形態の方法を用いれば、Ｘ線の波面に沿うほど遮蔽格子を湾曲させなくても、遮蔽格子の周辺部を透過するＸ線量が遮蔽格子の中心部を透過したＸ線量に近づかせることができる。
【実施例】
【００２０】
以下に、本発明の実施例について説明する。
［実施例１］
実施例１においては、図２（ａ）に示したような、遮蔽格子の中心からの距離が長くなるにつれてＸ線遮蔽部の厚みを薄くするＸ線撮像装置の構成例について数値計算を行った。撮像装置の構成は図１に示した撮像装置の構成と同様であり、Ｘ線源と位相格子と遮蔽格子とＸ線検出器を備える。
Ｘ線源からのＸ線のエネルギーは１７．５ＫｅＶであり、位相格子は１次元の位相格子を利用し、遮蔽格子にはピッチ９．６μｍの１次元の遮蔽格子を用いた。この遮蔽格子において、遮蔽格子の中心に最も近いＸ線遮蔽部の厚さは５０μｍであり、幅は４．８μｍである。
また、Ｘ線源からＸ線検出器までの距離は１２０ｃｍとした。
この条件から上述の式より距離ｘは１１．５ｃｍであり、遮蔽格子の中心との距離が１１．５ｃｍ以上の領域を周辺部とする。
従来の一般的な遮蔽格子のように、遮蔽格子に配置されているＸ線遮蔽部の厚みが５０μｍで均一である場合、遮蔽格子の周辺部に入射したＸ線は、少なくとも一度はＸ線遮蔽部に入射し、Ｘ線強度が減衰する。それにより、検出器で検出される信号振幅も低下する。
【００２１】
本実施例では、遮蔽格子の中心から１１．５ｃｍの位置におけるＸ線遮蔽部の厚みを４０、３０、２０、１５、１０、５μｍにする。
すると、検出器で検出される自己像の信号振幅は、Ｘ線遮蔽部の厚みが５０μｍのときと比較して順番に、約２．１倍、３．１倍、３．９倍、４．１倍、４．１倍、３．１倍となる。
信号のベースラインは上昇するものの、信号振幅が上昇する。特に本実施例の場合にはＸ線遮蔽部の厚みが１０〜２０μｍ程度のとき、Ｘ線遮蔽部の厚みが５０μｍのときと比較して振幅が大きく増大する。
Ａｕ１０μｍのＸ線（エネルギー１７．５ＫｅＶ）の透過率は約１２％程度、１５μｍでは約４％程度、２０μｍでは約１．４％程度であり、また５μｍでは６５％程度である。
Ｘ線遮蔽部にＸ線が垂直に入射したときのＸ線透過率を６５％程度まで上げても、上述の実施形態の効果を得られることが分かる。
これらのことから、遮蔽格子の中心から距離ｘ離れた位置に配置されたＸ線遮蔽部に対してＸ線が垂直に入射したときのＸ線透過率は６５％以下、１．４％以上であることが好ましい。
更に、遮蔽格子の中心から距離ｘ離れた位置に配置されたＸ線遮蔽部に対してＸ線が垂直に入射したときのＸ線透過率は１２％以下であることがより好ましい。尚、本実施例では、遮蔽格子の中心からちょうど１１．５ｃｍの位置にＸ線遮蔽部が配置されているとみなして数値計算を行った。
遮蔽格子の中心からちょうど１１．５ｃｍの位置にはＸ線遮蔽部が配置されていない場合でも、遮蔽部のピッチは小さいため、遮蔽格子の中心との距離が１１．５ｃｍに最も近い遮蔽部の厚みを本実施例のように設定することで同様の効果を得ることができる。
【００２２】
［実施例２］
実施例２は、図３に示した遮蔽格子のような、遮蔽格子の中心からの距離が長くなるにつれてＸ線遮蔽部の幅を狭くするＸ線撮像装置の構成例について数値計算を行った。
本実施例において、遮蔽格子以外のＸ線撮像装置の構成は実施例１と同じである。
遮蔽格子の中心から１１．５ｃｍの位置におけるＸ線遮蔽部の幅を４．８μｍから３．８、２．９、１．９、１．４、１．０、０．５μｍと減少させる。
すると、検出器により検出される自己像の信号振幅はＸ線遮蔽部の幅が４．８μｍのときと比較して順番に、約２．１倍、３．１倍、３．９倍、４．１倍、４．１倍、３．１倍となる。
信号のベースラインは上昇するものの、Ｘ線遮蔽部の幅が４．８μｍのときと比較して信号振幅は上昇する。
例えば、Ｘ線遮蔽部の幅が０．５μｍのときと、２．９μｍのときは共にＸ線遮蔽部の幅が４．８μｍのときよりも信号振幅が３倍以上大きい。
そのため、遮蔽格子の周辺部でのＸ線遮蔽部の幅は遮蔽格子の中心部でのＸ線遮蔽部の幅の８０％以下、１０％以上でも上述の実施形態の効果を得られることが分かる。
特に本実施例の場合にはＸ線遮蔽部の幅が１〜２μｍ程度のときに信号振幅が大きく増大する。
そのため、遮蔽格子の周辺部でのＸ線遮蔽部の幅は遮蔽格子の中心部でのＸ線遮蔽部の幅の４０％以下、２０％以上であることが好ましい。
【００２３】
［参考例］
本参考例においては、遮蔽格子の遮蔽部の厚みと、その遮蔽格子を透過したＸ線を検出するＸ線検出器による検出結果の関係について図４を用いて説明する。本参考例において、基本的なＸ線撮像装置の構成は実施例１と同じであるが、Ｘ線源とＸ線検出器の間は１１２ｃｍ、Ｘ線のエネルギーは３０ｋｅＶ、遮蔽格子のピッチは３．７μｍとした。
また、位相格子と遮蔽格子は２次元の周期構造を持つ２次元格子であり、遮蔽格子はメッシュ状のパターンを有する。
遮蔽格子のＸ線遮蔽部がＡｕからなり、そのＸ線遮蔽部の厚みが遮蔽格子の全面で６０μｍの遮蔽格子と、４０μｍの遮蔽格子と、２０μｍの遮蔽格子を夫々用いた場合にＸ線検出器により検出されるモアレとその断面強度プロファイルを図４に示す。
図４中で、左側が夫々検出器により検出されるモアレであり、右側が夫々のモアレの断面強度プロファイルである。
図４（ａ）は遮蔽部の厚みが６０μｍの遮蔽格子を用いた場合に検出されるモアレとその断面強度プロファイルである。
同様に、図４（ｂ）は遮蔽部の厚みが４０μｍの遮蔽格子を用いた場合に検出されるモアレとその断面強度プロファイルであり、図４（ｃ）は遮蔽部の厚みが２０μｍの遮蔽格子を用いた場合に検出されるモアレとその断面強度プロファイルである。
【００２４】
図４から、Ｘ線遮蔽部の厚みを薄くすると、２次元の場合でも検出器の周辺部のモアレの信号振幅が大きくなり、検出器の中心部のモアレの信号振幅に近づくことが分かる。
しかし、同時に、図４から、Ｘ線遮蔽部の厚みを薄くすると、検出器の中心部のモアレの信号振幅が小さくなることが分かる。
これらのことから、検出器の中心部の信号振幅の減少を抑制しつつ検出器の周辺部の信号振幅を増大させるために、本発明の実施形態と実施例に示したＸ線撮像装置が効果的である。
尚、本比較例のＸ線遮蔽部にＸ線が垂直に入射した場合のＸ線透過率はＡｕの厚み６０、４０、２０μｍに対してそれぞれ４、１２、３５％である。
以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明はこれらの実施形態に限定されず、その要旨の範囲内で種々の変形および変更が可能である。
【符号の説明】
【００２５】
１：Ｘ線源
２：被検体
３：位相格子
４：遮蔽格子
５：Ｘ線検出器
２１：Ｘ線
２２：Ｘ線吸収部
２３、２４：Ｘ線透過部
【技術分野】
【０００１】
本発明は、Ｘ線撮像装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
Ｘ線の位相差を用いたＸ線位相イメージング法の一つとしてタルボ干渉法がある。
タルボ干渉法とは、透過型の回折格子を用いて、ある干渉条件で発現する干渉パターンから被検体の位相像を回復する方法である。
タルボ干渉法を用いて被検体を撮像するためには、空間的に可干渉なＸ線を出射するＸ線源、Ｘ線を回折する回折格子、回折格子がＸ線を回折することにより形成する干渉パターン（自己像）を検出するＸ線検出器が少なくとも必要である。Ｘ線源と位相格子の間に被検体を配置すると、被検体に照射されたＸ線は被検体を透過することにより位相がシフトする。
被検体を透過したＸ線が回折格子により回折されることで形成される自己像は被検体の位相情報を有するため、この自己像を検出し、解析すれば、被検体の位相像を得ることができる。
しかし、Ｘ線の干渉により形成される自己像は周期が小さいため、一般的な撮像装置に使用されるＸ線検出器では自己像を検出するのに空間分解能が不十分である場合が多い。
そのため、回折格子により回折されたＸ線が自己像を形成する位置（タルボ位置）に、Ｘ線透過部とＸ線遮蔽部が配列された回折格子である遮蔽格子（吸収格子）を配置してモアレを形成し、このモアレを検出する方法が行なわれている。被検体によるＸ線の位相シフトの情報はモアレの変形として検出することができるため、このモアレをＸ線検出器で検出すれば、被検体を撮像することができる。
【０００３】
一般的な実験室などの室内で撮像を行う場合、Ｘ線源としてＸ線管を用い、更にＸ線源から検出器は数ｍ以内である場合が多い。そのため、Ｘ線は点源からの発散Ｘ線である。この場合、遮蔽格子の周辺部分で、Ｘ線遮蔽部と遮蔽格子に入射するＸ線の平行性が大きくずれることになる。
そのため、遮蔽格子の周辺部では、遮蔽格子のＸ線遮蔽部に入射するＸ線の割合が高くなり、Ｘ線検出器の周辺部では強度分布のコントラストが低下する。
このような問題に対処するために、特許文献１には遮蔽格子を湾曲させたり、遮蔽格子の遮蔽部をＸ線源方向に傾けたりする方法が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００７−２０６０７５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１に記載の、湾曲した遮蔽格子と、Ｘ線遮蔽部がＸ線源の方向に傾いた遮蔽格子は、作製が困難である。
【０００６】
そこで本発明は、遮蔽格子を湾曲させたり、Ｘ線遮蔽部をＸ線源の方向に傾けたりすることなく、遮蔽格子の周辺部におけるＸ線の透過率を向上させることが可能なＸ線撮像装置の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
その目的を達成するために、本発明の一側面としての被検体を撮像するＸ線撮像装置は、
Ｘ線源からのＸ線を回折することにより干渉パターンを形成する回折格子と、前記干渉パターンを形成するＸ線の一部を遮る遮蔽格子と、前記遮蔽格子からのＸ線の強度分布を検出するＸ線検出器とを備え、
前記Ｘ線源から前記遮蔽格子へ引いた垂線と前記遮蔽格子との交点を前記遮蔽格子の中心とし、
前記遮蔽格子の中心との距離が所定の距離よりも小さい領域を前記遮蔽格子の中心部とし、
前記遮蔽格子の中心との距離が所定の距離以上の領域を前記遮蔽格子の周辺部とするとき、前記遮蔽格子の中心部よりも前記遮蔽格子の周辺部の方が、Ｘ線が垂直に入射したときのＸ線透過率が高いことを特徴とする。
本発明のその他の側面については、以下で説明する実施の形態で明らかにする。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、遮蔽格子を湾曲させたり、Ｘ線遮蔽部をＸ線源の方向に傾けたりすることなく、遮蔽格子の周辺部におけるＸ線の透過率を向上させることが可能なＸ線撮像装置を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の実施形態に係るＸ線撮像装置の概略図。
【図２】本発明の実施形態に係るＸ線遮蔽部の厚みを変化させた遮蔽格子の概略図。
【図３】本発明の実施形態に係るＸ線遮蔽部の幅を変化させた遮蔽格子の概略図。
【図４】参考例の結果を示す図。
【図５】従来のＸ線撮像装置における、遮蔽格子へのＸ線入射角度と透過率の関係を説明する図。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
本発明の実施形態について説明する。
図１〜図３を用いて、本実施形態のＸ線撮像装置の構成例について説明する。
図１に示したＸ線撮像装置は、Ｘ線源１、被検体２、回折格子として位相格子３、遮蔽格子４、遮蔽格子を透過したＸ線の強度分布を検出するＸ線検出器５を備えている。
位相格子３、遮蔽格子４、Ｘ線検出器５夫々は夫々のＸ線照射範囲の中心に対してＸ線１０が垂直に入射するように配置されている。また、位相格子３、遮蔽格子４、Ｘ線検出器５はお互いに平行に配置されている。
本実施形態のＸ線撮像装置は、回折格子として位相を変調する位相格子を用いているが、タルボ干渉を発生させるものであればよく、振幅を変調する遮蔽格子を用いることもできる。
但し、Ｘ線利用効率の観点から見れば、回折格子として位相格子を用いることが好ましい。
位相格子３により、位相格子からタルボ距離分Ｘ線下流側に離れた位置に干渉パターン（自己像）が形成される。自己像の周期はＸ線が発散することにより生じるＸ線照射系の拡大率と位相格子の形状に依存するが、概ね１〜１５μｍの周期を有する。
【００１１】
自己像のパターンは位相格子の形状に対応して１次元、もしくは２次元の明暗のパターンとなる。ここでは、自己像が１次元のパターンである場合について説明するが、本実施形態は自己像が２次元のパターンの場合に応用することもできる。
Ｘ線検出器５としてＸ線検出エリアセンサーを用いた場合には、一般的に画素サイズが数十μｍ以上であるため、直接この自己像を撮像することは難しい。
そのため、遮蔽格子により自己像の一部、例えば明部のみを遮蔽し暗部のみを検出素子に導くことにより撮像を可能としている。
遮蔽格子４はＸ線透過部とＸ線遮蔽部が配列した構造を有する。Ｘ線遮蔽部はＸ線の透過率が低い材料からなり、中心軸に平行な方向における遮蔽部の長さを遮蔽部の厚み、中心軸と直交する方向における遮蔽部の長さを遮蔽部の幅と呼ぶ。なお、ここでは、遮蔽格子４の格子面（Ｘ線源側の表面）からＸ線源１に引いた垂線を中心軸２０、中心軸２０と遮蔽格子の格子面との交点を遮蔽格子の中心４１と定義する。
被検体の位相情報を取得する位相回復方法の例として、縞走査法とフーリエ変換法が挙げられる。
縞走査法は、自己像と遮蔽格子４の相対位置をずらしながらＸ線を複数回検出して被検体の位相情報を計算する。また、フーリエ変換法は、自己像と遮蔽格子でモアレを形成し、１回以上Ｘ線を検出して、そのパターンから被検体の位相情報を計算する。
本実施形態は位相回復方法を問わず、縞走査法もフーリエ変換法も、またその他の方法も用いることができる。
【００１２】
ここで、本実施形態との比較のために、従来のＸ線撮像装置について図５を用いて説明をする。
図５に示されているように、中心軸２００と遮蔽格子１０４の交点である遮蔽格子の中心１１４では、Ｘ線２１０の入射方向が遮蔽格子１０４のＸ線透過部２３０と平行になっている。
そのため、検出器の中心では良好なコントラストを有する画像が得られる。尚、検出器の中心とは、Ｘ線源から検出器のＸ線受光面へ引いた垂線とＸ線受光面の交点のことを指す。
また、遮蔽格子の中心１１４を透過したＸ線は検出器の中心へ入射する。
しかし、遮蔽格子１０４の周辺部ではＸ線２１０の入射方向と遮蔽格子１０４のＸ線透過部２３０が平行ではなく、透過させたいＸ線を遮蔽してしまう。
ここで、Ｘ線遮蔽部２２０のピッチをＤ、Ｘ線遮蔽部２２０の幅をｗ、Ｘ線遮蔽部２２０の厚みをｈ、Ｘ線源１００からＸ線検出器までの距離をＬとし、遮蔽格子の格子面上における遮蔽格子の中心からの距離をｘとする。すると、
ｘ＝Ｌ（Ｄ−ｗ）／ｈ
で表される距離ｘよりも遮蔽格子の中心からの距離が長い領域では、例え格子面ではＸ線透過部に入射したＸ線であっても、遮蔽格子を透過するまでに一度はＸ線遮蔽部２２０に入射する。
その場合、遮蔽格子を透過したＸ線強度が遮蔽格子の中心１１４を透過したＸ線強度よりも低下し、Ｘ線検出器に入射するＸ線の強度も低下する。
すると、検出器による信号強度も低下し、その結果、Ｓ（シグナル）／Ｎ（ノイズ）が低下して、位相情報を取得することが困難になる可能性がある。
つまり、遮蔽格子を透過するＸ線の強度は、遮蔽格子の中心からの距離が長くなるに従い徐々に低下し、それに伴ってＸ線検出器による検出結果の信号強度も検出器の中心部からの距離が長くなるに従って低下する。
【００１３】
本実施形態のＸ線撮像装置が備える遮蔽格子４は、遮蔽格子４の周辺部でのＸ線透過量を、遮蔽格子の中心４１でのＸ線透過量に近づかせる。
そのために、Ｘ線が遮蔽格子に対して垂直に入射したときのＸ線透過率が、遮蔽格子の中心部よりも遮蔽格子の周辺部の方が高い構造を有する。
但し、遮蔽格子の中心部のＸ線透過率とは、中心部全体としてのＸ線透過率のことであり、Ｘ線透過率の平均値である。
例えば、遮蔽格子の中心部がＸ線透過率１００％のＸ線透過部と、Ｘ線透過率０％のＸ線遮蔽部を同じ面積有する場合、その遮蔽格子の中心部のＸ線透過率は５０％である。また、遮蔽格子の周辺部のＸ線透過率も同様である。
尚、遮蔽格子の中心部とは、遮蔽格子の中心４１との距離が所定の距離よりも小さい領域であり、遮蔽格子の周辺部とは遮蔽格子の中心４１との距離が所定の距離以上離れた領域のことを指す。所定の距離は任意の距離で良い。
【００１４】
上述したように、従来のように遮蔽格子の中心部と遮蔽格子の周辺部で遮蔽部の厚さと遮蔽部の幅が等しい場合、遮蔽格子の中心との距離が上記式で表されるｘ以上の領域では、その領域に入射したＸ線が少なくとも１回はＸ線遮蔽部に入射する。そのため、所定の距離はｘ以下とすることが好ましい。
また、図５を用いて説明した従来例では、遮蔽格子の中心との距離がｘ／２の領域でも遮蔽格子の中心と比較して透過したＸ線の線量が低下していた。そのため、上述の所定の距離をｘ／２以下とすることがより好ましい。
遮蔽格子４のＸ線の透過率を遮蔽格子の周辺部で向上させる構造として、本実施形態では、Ｘ線遮蔽部の厚みを遮蔽格子の周辺部で薄くした構造と、Ｘ線遮蔽部の幅を狭くした構造の、大きく分けて２つの構造を採ることができる。
尚、本実施形態のように遮蔽部の厚みと幅の少なくともどちらか一方が遮蔽格子内で変化する場合、遮蔽格子の中心に最も近い遮蔽部の幅をｗ、遮蔽格子の中心に最も近い遮蔽部の厚みをｈ、とする。
尚、遮蔽格子の中心に最も近い遮蔽部とは、遮蔽格子の中心にＸ線遮蔽部があればその遮蔽部であり、遮蔽格子の中心にＸ線透過部があれば、遮蔽格子の中心との距離が最も小さい遮蔽部である。
【００１５】
以下に、まず、Ｘ線遮蔽部の厚みを遮蔽格子の周辺部で薄くした構造について、図２を用いて説明する。
図２に示した遮蔽格子は遮蔽格子の中心との距離が長くなるにしたがってＸ線遮蔽部の厚みが連続的に薄くなっている。そのため、遮蔽格子の中心部と遮蔽格子の周辺部の境界をどこにとっても、遮蔽格子の中心部に配置されている遮蔽部の厚みの平均値よりも遮蔽格子の周辺部に配置されている遮蔽部の厚みの平均値の方が小さい。
図２に示した遮蔽格子４（４ａ，４ｂ，４ｃ）はＸ線遮蔽部３２（３２ａ，３２ｂ，３２ｃ）とＸ線透過部３３（３３ａ，３３ｂ，３３ｃ）が配列している。
Ｘ線遮蔽部３２は、重元素から構成されていることが好ましい。例えば、金や鉛、ビスマス、もしくはそれらの元素が含まれる合金が利用可能である。
一方、Ｘ線透過部３３は、軽元素で構成されていることが好ましい。
例えばＳｉ、Ａｌ、Ｃ、Ｍｇやこれらの元素が含まれる材料が利用可能である。また、図２中の上がＸ線源側、下がＸ線検出器側である。また、各々の図面の中央に遮蔽格子の中心軸２０（２０ａ，２０ｂ，２０ｃ）とその中心軸との交点４１（４１ａ、４１ｂ、４１ｃ）を示した。
図２（ａ）に示した遮蔽格子４ａは、遮蔽格子の中心４１ａからの距離が長くなるほどＸ線遮蔽部の厚みが図２（ａ）中の上下ともに薄くなっている例である。図２（ｂ）に示した遮蔽格子４ｂは、遮蔽格子の中心４１ｂからの距離が長くなるほどＸ線遮蔽部の厚みが図２（ｂ）中の上部で薄くなっている例である。
図２（ｃ）に示した遮蔽格子４ｃは、遮蔽格子の中心４１ｃからの距離が長くなるほどＸ線遮蔽部の厚みが図２（ｃ）中の下部で薄くなっている例である。
遮蔽格子４ｃはＸ線遮蔽部の下部にＸ線透過部材３４があり、このＸ線透過部材３４の厚みは遮蔽格子の中心４１ｃからの距離が長くなるほど厚くなっている。
【００１６】
自己像が形成される位置に遮蔽格子を配置して撮像を行うタルボ干渉法では、遮蔽格子の遮蔽部の厚みは厚くてＸ線を有効に遮ることが出来る方が一般的には良い。しかし、図２に示した遮蔽格子は、上記のように遮蔽部の厚みを遮蔽格子の中心部からの距離が長くなるほど薄くすることで遮蔽格子の周辺部のＸ線透過量を遮蔽格子の中心のＸ線透過量に近づける。
上記の遮蔽格子の作製方法としては、例えば、図２（ｂ）であれば、Ｓｉ基板を用いて半導体プロセスで鋳型を形成した後、中心に近いほどＡｕが厚く付着するようにめっきで充填すれば良い。
また、図２（ｃ）であれば、Ｓｉ基板を用いて半導体プロセスで鋳型を形成した後、周辺部ほどＮｉが厚く付着するようにＮｉをめっきで充填してから、Ｎｉの上にＡｕをめっきで充填すれば良い。ＮｉはＡｕと比較して軽元素であるので、Ｘ線の透過率が高い。
尚、図２に記載の遮蔽格子は遮蔽格子の中心から周辺部に向けて連続的に遮蔽部の厚みが薄くなっているが、例えば階段状のように非連続的に薄くしても良い。
【００１７】
つぎに、Ｘ線遮蔽部の幅を狭くした構成について、図３を用いて説明する。
図３において図面左側に遮蔽格子の中心軸２０ｄと遮蔽格子の中心４１ｄが示してあり、図面右に行くほど遮蔽格子の中心４１ｄとの距離が長い周辺部を表す。図３に示した遮蔽格子は遮蔽格子の中心との距離が長くなるにしたがってＸ線遮蔽部の幅が連続的に小さくなっている。
そのため、遮蔽格子の中心部と遮蔽格子の周辺部の境界をどこにとっても、遮蔽格子の中心部に配置されている遮蔽部の幅の平均値よりも遮蔽格子の周辺部に配置されている遮蔽部の幅の平均値の方が小さい。
図３において、遮蔽格子の中心に近い部分（遮蔽格子の中心部）４００に入射するＸ線４７の入射方向は遮蔽格子の面と垂直、すなわちＸ線遮蔽部４４の厚み方向と平行となっている。しかし、遮蔽格子の周辺部４０１に入射するＸ線４８の入射方向はＸ線遮蔽部４２の厚み方向に対して斜めである。
更に、遮蔽格子の周辺部４０１よりも遮蔽格子の中心からの距離が長い遮蔽格子の端部４０２に入射するＸ線４９の入射方向はＸ線遮蔽部４３の厚み方向に対して更に斜めである。つまり、遮蔽格子の周辺部４０１におけるＸ線４８の入射方向とＸ線遮蔽部４２の厚み方向のなす角度よりも、遮蔽格子の端部４０２におけるＸ線４９の入射方向とＸ線遮蔽部４３の厚み方向のなす角度の方が大きい。
【００１８】
遮蔽格子の中心部４００と、遮蔽格子の周辺部４０１、遮蔽格子の端部４０２はＸ線遮蔽部の厚みとピッチＤは同じであるが、Ｘ線遮蔽部の幅は遮蔽格子の中心からの距離が長くなるほど小さくなっている。
例えば、遮蔽格子の中心部４００のＸ線遮蔽部４４の幅ｗ１はピッチの半分のＤ／２であるが、遮蔽格子の周辺部４０１のＸ線遮蔽部４２の幅ｗ２はＤ／３であり、遮蔽格子の端部４０２のＸ線遮蔽部４３の幅ｗ３はＤ／４となる。
遮蔽格子の中心４１ｄからの距離が長くなるほどＸ線遮蔽部の幅を狭くすることにより、遮蔽格子に入射したＸ線の一部がＸ線遮蔽部に入射しないで遮蔽格子を透過する。
これにより、遮蔽格子の周辺部４０１と端部４０２を透過したＸ線の強度が遮蔽格子の中心部４００を透過したＸ線の強度に近づき、検出器の周辺部における信号の振幅も比較例よりも大きく計測されることになる。
尚、ここでは説明のために周辺部と端部という言葉を用いたが、遮蔽格子の周辺部は上述のように、遮蔽格子の中心からの距離が所定の距離よりも長い範囲であり、周辺部４０１も端部４０２も遮蔽格子の周辺部の一部である。
【００１９】
図３に示した遮蔽格子の作製には、例えばＳｉ基板を用い、遮蔽格子の中心からの距離が長くなるにつれてＸ線遮蔽部の幅を狭くした鋳型を形成し、Ａｕをめっきにて充填すれば良い。
また、図２に示した遮蔽格子同様、Ｘ線遮蔽部の幅は遮蔽格子の中心からの距離が長くなるにつれて連続的に狭くしても良いし、非連続的に狭くしても良い。
以上のような本実施形態の構成によれば、Ｘ線が点光源から発散していることによる遮蔽格子の周辺部におけるＸ線透過量の低下を抑制することができるため、Ｘ線検出器の周辺部における信号強度低下を抑制することが可能になる。
また、遮蔽格子の周辺部の透過率を向上させるための２種類の手法を説明したが、基本的にはＸ線遮蔽部の厚みを薄くする方法でもＸ線遮蔽部の幅を狭くする方法でも同様の効果が得られる。
また、同時に２種類の方法を組み合わせることも可能である。また、遮蔽格子は平板状でなく、例えば湾曲していても良い。
本実施形態の方法を用いれば、Ｘ線の波面に沿うほど遮蔽格子を湾曲させなくても、遮蔽格子の周辺部を透過するＸ線量が遮蔽格子の中心部を透過したＸ線量に近づかせることができる。
【実施例】
【００２０】
以下に、本発明の実施例について説明する。
［実施例１］
実施例１においては、図２（ａ）に示したような、遮蔽格子の中心からの距離が長くなるにつれてＸ線遮蔽部の厚みを薄くするＸ線撮像装置の構成例について数値計算を行った。撮像装置の構成は図１に示した撮像装置の構成と同様であり、Ｘ線源と位相格子と遮蔽格子とＸ線検出器を備える。
Ｘ線源からのＸ線のエネルギーは１７．５ＫｅＶであり、位相格子は１次元の位相格子を利用し、遮蔽格子にはピッチ９．６μｍの１次元の遮蔽格子を用いた。この遮蔽格子において、遮蔽格子の中心に最も近いＸ線遮蔽部の厚さは５０μｍであり、幅は４．８μｍである。
また、Ｘ線源からＸ線検出器までの距離は１２０ｃｍとした。
この条件から上述の式より距離ｘは１１．５ｃｍであり、遮蔽格子の中心との距離が１１．５ｃｍ以上の領域を周辺部とする。
従来の一般的な遮蔽格子のように、遮蔽格子に配置されているＸ線遮蔽部の厚みが５０μｍで均一である場合、遮蔽格子の周辺部に入射したＸ線は、少なくとも一度はＸ線遮蔽部に入射し、Ｘ線強度が減衰する。それにより、検出器で検出される信号振幅も低下する。
【００２１】
本実施例では、遮蔽格子の中心から１１．５ｃｍの位置におけるＸ線遮蔽部の厚みを４０、３０、２０、１５、１０、５μｍにする。
すると、検出器で検出される自己像の信号振幅は、Ｘ線遮蔽部の厚みが５０μｍのときと比較して順番に、約２．１倍、３．１倍、３．９倍、４．１倍、４．１倍、３．１倍となる。
信号のベースラインは上昇するものの、信号振幅が上昇する。特に本実施例の場合にはＸ線遮蔽部の厚みが１０〜２０μｍ程度のとき、Ｘ線遮蔽部の厚みが５０μｍのときと比較して振幅が大きく増大する。
Ａｕ１０μｍのＸ線（エネルギー１７．５ＫｅＶ）の透過率は約１２％程度、１５μｍでは約４％程度、２０μｍでは約１．４％程度であり、また５μｍでは６５％程度である。
Ｘ線遮蔽部にＸ線が垂直に入射したときのＸ線透過率を６５％程度まで上げても、上述の実施形態の効果を得られることが分かる。
これらのことから、遮蔽格子の中心から距離ｘ離れた位置に配置されたＸ線遮蔽部に対してＸ線が垂直に入射したときのＸ線透過率は６５％以下、１．４％以上であることが好ましい。
更に、遮蔽格子の中心から距離ｘ離れた位置に配置されたＸ線遮蔽部に対してＸ線が垂直に入射したときのＸ線透過率は１２％以下であることがより好ましい。尚、本実施例では、遮蔽格子の中心からちょうど１１．５ｃｍの位置にＸ線遮蔽部が配置されているとみなして数値計算を行った。
遮蔽格子の中心からちょうど１１．５ｃｍの位置にはＸ線遮蔽部が配置されていない場合でも、遮蔽部のピッチは小さいため、遮蔽格子の中心との距離が１１．５ｃｍに最も近い遮蔽部の厚みを本実施例のように設定することで同様の効果を得ることができる。
【００２２】
［実施例２］
実施例２は、図３に示した遮蔽格子のような、遮蔽格子の中心からの距離が長くなるにつれてＸ線遮蔽部の幅を狭くするＸ線撮像装置の構成例について数値計算を行った。
本実施例において、遮蔽格子以外のＸ線撮像装置の構成は実施例１と同じである。
遮蔽格子の中心から１１．５ｃｍの位置におけるＸ線遮蔽部の幅を４．８μｍから３．８、２．９、１．９、１．４、１．０、０．５μｍと減少させる。
すると、検出器により検出される自己像の信号振幅はＸ線遮蔽部の幅が４．８μｍのときと比較して順番に、約２．１倍、３．１倍、３．９倍、４．１倍、４．１倍、３．１倍となる。
信号のベースラインは上昇するものの、Ｘ線遮蔽部の幅が４．８μｍのときと比較して信号振幅は上昇する。
例えば、Ｘ線遮蔽部の幅が０．５μｍのときと、２．９μｍのときは共にＸ線遮蔽部の幅が４．８μｍのときよりも信号振幅が３倍以上大きい。
そのため、遮蔽格子の周辺部でのＸ線遮蔽部の幅は遮蔽格子の中心部でのＸ線遮蔽部の幅の８０％以下、１０％以上でも上述の実施形態の効果を得られることが分かる。
特に本実施例の場合にはＸ線遮蔽部の幅が１〜２μｍ程度のときに信号振幅が大きく増大する。
そのため、遮蔽格子の周辺部でのＸ線遮蔽部の幅は遮蔽格子の中心部でのＸ線遮蔽部の幅の４０％以下、２０％以上であることが好ましい。
【００２３】
［参考例］
本参考例においては、遮蔽格子の遮蔽部の厚みと、その遮蔽格子を透過したＸ線を検出するＸ線検出器による検出結果の関係について図４を用いて説明する。本参考例において、基本的なＸ線撮像装置の構成は実施例１と同じであるが、Ｘ線源とＸ線検出器の間は１１２ｃｍ、Ｘ線のエネルギーは３０ｋｅＶ、遮蔽格子のピッチは３．７μｍとした。
また、位相格子と遮蔽格子は２次元の周期構造を持つ２次元格子であり、遮蔽格子はメッシュ状のパターンを有する。
遮蔽格子のＸ線遮蔽部がＡｕからなり、そのＸ線遮蔽部の厚みが遮蔽格子の全面で６０μｍの遮蔽格子と、４０μｍの遮蔽格子と、２０μｍの遮蔽格子を夫々用いた場合にＸ線検出器により検出されるモアレとその断面強度プロファイルを図４に示す。
図４中で、左側が夫々検出器により検出されるモアレであり、右側が夫々のモアレの断面強度プロファイルである。
図４（ａ）は遮蔽部の厚みが６０μｍの遮蔽格子を用いた場合に検出されるモアレとその断面強度プロファイルである。
同様に、図４（ｂ）は遮蔽部の厚みが４０μｍの遮蔽格子を用いた場合に検出されるモアレとその断面強度プロファイルであり、図４（ｃ）は遮蔽部の厚みが２０μｍの遮蔽格子を用いた場合に検出されるモアレとその断面強度プロファイルである。
【００２４】
図４から、Ｘ線遮蔽部の厚みを薄くすると、２次元の場合でも検出器の周辺部のモアレの信号振幅が大きくなり、検出器の中心部のモアレの信号振幅に近づくことが分かる。
しかし、同時に、図４から、Ｘ線遮蔽部の厚みを薄くすると、検出器の中心部のモアレの信号振幅が小さくなることが分かる。
これらのことから、検出器の中心部の信号振幅の減少を抑制しつつ検出器の周辺部の信号振幅を増大させるために、本発明の実施形態と実施例に示したＸ線撮像装置が効果的である。
尚、本比較例のＸ線遮蔽部にＸ線が垂直に入射した場合のＸ線透過率はＡｕの厚み６０、４０、２０μｍに対してそれぞれ４、１２、３５％である。
以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明はこれらの実施形態に限定されず、その要旨の範囲内で種々の変形および変更が可能である。
【符号の説明】
【００２５】
１：Ｘ線源
２：被検体
３：位相格子
４：遮蔽格子
５：Ｘ線検出器
２１：Ｘ線
２２：Ｘ線吸収部
２３、２４：Ｘ線透過部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｘ線源からのＸ線を回折することにより干渉パターンを形成する回折格子と、
前記干渉パターンを形成するＸ線の一部を遮る遮蔽格子と、
前記遮蔽格子からのＸ線の強度分布を検出するＸ線検出器とを備え、被検体を撮像する撮像装置であって、
前記Ｘ線源から前記遮蔽格子へ引いた垂線と前記遮蔽格子との交点を前記遮蔽格子の中心とし、
前記遮蔽格子の中心から所定の距離よりも前記遮蔽格子の中心に近い領域を前記遮蔽格子の中心部とし、
前記遮蔽格子の中心から所定の距離以上離れた領域を前記遮蔽格子の周辺部とするとき、
前記遮蔽格子の中心部よりも前記遮蔽格子の周辺部の方が、Ｘ線が垂直に入射したときのＸ線透過率が高いことを特徴とするＸ線撮像装置。
【請求項２】
前記遮蔽格子は、Ｘ線を遮る複数の遮蔽部を有し、
前記複数の遮蔽部の夫々は、前記垂線と平行な方向に厚みを持ち、
前記複数の遮蔽部のうち前記遮蔽格子の中心部に配置されている遮蔽部の厚みの平均値よりも前記遮蔽格子の周辺部に配置されている遮蔽部の厚みの平均値の方が小さい請求項１に記載のＸ線撮像装置。
【請求項３】
前記遮蔽格子は、Ｘ線を遮る複数の遮蔽部を有し、
前記複数の遮蔽部の夫々は、前記垂線と直交する方向に幅を有し、
前記複数の遮蔽部のうち遮蔽格子の中心部に配置されている遮蔽部の幅の平均値よりも前記遮蔽格子の周辺部に配置されている遮蔽部の幅の平均値の方が小さい請求項１に記載のＸ線撮像装置。
【請求項４】
前記遮蔽格子は、Ｘ線を遮る複数の遮蔽部を有し、
前記Ｘ線源から前記遮蔽格子までの距離をＬ、前記複数の遮蔽部のピッチをＤ、前記複数の遮蔽部のうち前記遮蔽格子の中心に最も近い遮蔽部の幅をｗ、前記複数の遮蔽部のうち前記遮蔽格子の中心に最も近い遮蔽部の厚みをｈ、とするとき、
前記遮蔽格子の周辺部は、前記遮蔽格子の中心から下記式のｘで表される距離以上離れた領域を有する請求項１乃至３のいずれか１項に記載のＸ線撮像装置。
ｘ＝Ｌ（Ｄ−ｗ）／ｈ
但し、前記遮蔽部の幅とは前記垂線と直交する方向における遮蔽部の長さであり、前記遮蔽部の厚みとは前記垂線と平行な方向における遮蔽部の長さである。
【請求項５】
前記遮蔽格子の周辺部に配置された前記遮蔽部のうち前記遮蔽格子の中心との距離が前記距離ｘに最も近い遮蔽部の厚みが、
前記Ｘ線が該遮蔽部に垂直に入射したときに前記Ｘ線の透過率が６５％以下、１．４％以上になる厚みである請求項４に記載のＸ線撮像装置。
【請求項６】
前記遮蔽格子の周辺部に配置された前記遮蔽部のうち前記遮蔽格子の中心との距離が前記距離ｘに最も近い遮蔽部の幅が、
前記遮蔽格子の中心に最も近い遮蔽部の幅の８０％以下、１０％以上である請求項４に記載のＸ線撮像装置。
【請求項７】
前記遮蔽格子の周辺部は、前記遮蔽格子の中心から下記式のｘ／２で表される距離以上離れた領域を有する請求項４乃至６のいずれか１項に記載のＸ線撮像装置。
ｘ／２＝Ｌ（Ｄ−ｗ）／２ｈ
【請求項１】
Ｘ線源からのＸ線を回折することにより干渉パターンを形成する回折格子と、
前記干渉パターンを形成するＸ線の一部を遮る遮蔽格子と、
前記遮蔽格子からのＸ線の強度分布を検出するＸ線検出器とを備え、被検体を撮像する撮像装置であって、
前記Ｘ線源から前記遮蔽格子へ引いた垂線と前記遮蔽格子との交点を前記遮蔽格子の中心とし、
前記遮蔽格子の中心から所定の距離よりも前記遮蔽格子の中心に近い領域を前記遮蔽格子の中心部とし、
前記遮蔽格子の中心から所定の距離以上離れた領域を前記遮蔽格子の周辺部とするとき、
前記遮蔽格子の中心部よりも前記遮蔽格子の周辺部の方が、Ｘ線が垂直に入射したときのＸ線透過率が高いことを特徴とするＸ線撮像装置。
【請求項２】
前記遮蔽格子は、Ｘ線を遮る複数の遮蔽部を有し、
前記複数の遮蔽部の夫々は、前記垂線と平行な方向に厚みを持ち、
前記複数の遮蔽部のうち前記遮蔽格子の中心部に配置されている遮蔽部の厚みの平均値よりも前記遮蔽格子の周辺部に配置されている遮蔽部の厚みの平均値の方が小さい請求項１に記載のＸ線撮像装置。
【請求項３】
前記遮蔽格子は、Ｘ線を遮る複数の遮蔽部を有し、
前記複数の遮蔽部の夫々は、前記垂線と直交する方向に幅を有し、
前記複数の遮蔽部のうち遮蔽格子の中心部に配置されている遮蔽部の幅の平均値よりも前記遮蔽格子の周辺部に配置されている遮蔽部の幅の平均値の方が小さい請求項１に記載のＸ線撮像装置。
【請求項４】
前記遮蔽格子は、Ｘ線を遮る複数の遮蔽部を有し、
前記Ｘ線源から前記遮蔽格子までの距離をＬ、前記複数の遮蔽部のピッチをＤ、前記複数の遮蔽部のうち前記遮蔽格子の中心に最も近い遮蔽部の幅をｗ、前記複数の遮蔽部のうち前記遮蔽格子の中心に最も近い遮蔽部の厚みをｈ、とするとき、
前記遮蔽格子の周辺部は、前記遮蔽格子の中心から下記式のｘで表される距離以上離れた領域を有する請求項１乃至３のいずれか１項に記載のＸ線撮像装置。
ｘ＝Ｌ（Ｄ−ｗ）／ｈ
但し、前記遮蔽部の幅とは前記垂線と直交する方向における遮蔽部の長さであり、前記遮蔽部の厚みとは前記垂線と平行な方向における遮蔽部の長さである。
【請求項５】
前記遮蔽格子の周辺部に配置された前記遮蔽部のうち前記遮蔽格子の中心との距離が前記距離ｘに最も近い遮蔽部の厚みが、
前記Ｘ線が該遮蔽部に垂直に入射したときに前記Ｘ線の透過率が６５％以下、１．４％以上になる厚みである請求項４に記載のＸ線撮像装置。
【請求項６】
前記遮蔽格子の周辺部に配置された前記遮蔽部のうち前記遮蔽格子の中心との距離が前記距離ｘに最も近い遮蔽部の幅が、
前記遮蔽格子の中心に最も近い遮蔽部の幅の８０％以下、１０％以上である請求項４に記載のＸ線撮像装置。
【請求項７】
前記遮蔽格子の周辺部は、前記遮蔽格子の中心から下記式のｘ／２で表される距離以上離れた領域を有する請求項４乃至６のいずれか１項に記載のＸ線撮像装置。
ｘ／２＝Ｌ（Ｄ−ｗ）／２ｈ
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【公開番号】特開２０１２−２０８１１４（Ｐ２０１２−２０８１１４Ａ）
【公開日】平成２４年１０月２５日（２０１２．１０．２５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１２−５３９７２（Ｐ２０１２−５３９７２）
【出願日】平成２４年３月１２日（２０１２．３．１２）
【出願人】（０００００１００７）キヤノン株式会社 (59,756)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年１０月２５日（２０１２．１０．２５）
【国際特許分類】
【出願日】平成２４年３月１２日（２０１２．３．１２）
【出願人】（０００００１００７）キヤノン株式会社 (59,756)
【Ｆターム（参考）】
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